Geum.ru

И. В. Курчатов Сайт «Военная литература»: Издание: Головин И. Н. И. В. Курчатов. М.: Атомиздат, 1979. Книга

Вид материалаЛитература

Содержание


7. Открытие ядерной изомерии
8. Нужна новая мощная техника
Подобный материал:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   20

7. Открытие ядерной изомерии



Принятое решение освободило Курчатова от всех «долгов», связывавших его с полупроводниками и диэлектриками. Теперь все свои силы он отдает изучению атомного ядра. Сам А. Ф. Иоффе ни радиоактивностью, ни атомным ядром не занимался; все его интересы как ученого были сосредоточены на физике твердого тела, диэлектриках и полупроводниках, однако он не только не препятствовал Курчатову в его новом стремлении, но, считая себя ответственным за всестороннее развитие физики в Советском Союзе, поддерживал его и морально, и материально.

Труд Курчатова и его сотрудников не замедлил принести плоды. Приступив к изучению искусственной радиоактивности, возникающей при облучении ядер нейтронами, или, как тогда называли, к изучению эффекта

36

Ферми, Игорь Васильевич уже в апреле 1935 г. сообщил об открытом им вместе с братом Б. В. Курчатовым, Л. И. Русиновым и Л. В. Мысовским третьем периоде распада радиоактивного брома.

Об этом Л. И. Русинов писал так: «...при облучении брома нейтронами образуются бета-активные изотопы брома, распадающиеся с тремя периодами полураспада: 18 минут, 4,2 часа, на которые указывал также Ферми, и с новым периодом — 36 часов.

Так как были известны только два стабильных изотопа брома с массовыми числами 79 и 81, то возникновение при нейтронном облучении брома трех видов радиоактивных ядер привело к затруднениям при установлении типов реакции...»

«Для объяснения этой аномалии, — говорил Курчатов на сессии Академии наук СССР в марте 1936 г., — мы предположили, что радиоактивные изотопы облучаемого нейтронами элемента могут возникнуть не только при простом захвате нейтрона ядром, но и в результате столкновения без захвата налетающего нейтрона — столкновения, приводящего к вылету одного из ядерных нейтронов.

Вскоре, однако, пришлось оставить эти предположения. Опыты с нейтронами разных энергий, проведенные Л. И. Русиновым, показали, что при малых энергиях нейтронов образуются все три радиоактивных изотопа брома, тогда как реакция без захвата, как реакция эндотермическая, требует подвода энергии извне, хотя бы в виде кинетической энергии налетающей частицы. Значит, если не делать новых допущений, остается предположить, что в противоречии с данными масс-спектроскопического анализа у брома есть еще третий, мало распространенный устойчивый изотоп, путем присоединения к которому нейтрона и возникает третье радиоактивное ядро. Вместе с этим крайне маловероятным предположением необходимо сделать и другое допущение,

37

также весьма маловероятное. Число ядер трех радиоактивных бромов одного и того же порядка, и, следовательно, третий, устойчивый изотоп, мало распространенный, должен обладать очень большим сечением захвата нейтрона.

Возможен и другой путь объяснения происхождения третьего радиоактивного брома — путь, который, правда, приводит к существенно новому допущению о существовании ядер — изомеров. Говоря об изомерии ядра, я не хочу трактовать ее в том узком смысле, который был указан Гамовым. Ядра-изомеры, в нашем случае — это ядра с одним и тем же зарядом и одним и тем же массовым числом (неразличимые поэтому масс-спектроскопически), но разной структуры».

Рассматривая подобные аномалии в радиоактивности брома и других элементов, Л. Мейтнер в своем докладе на физическом семинаре в Цюрихе в июне 1936 г. сделала более осторожный вывод:

«В настоящее время трудно поверить в существование «изомерных» атомных ядер, т. е. таких ядер, которые при равном атомном весе и равном атомном номере обладают различными радиоактивными свойствами».

Идея Игоря Васильевича Курчатова о распространенности нового класса ядер — ядерных изомеров — получила в последующие годы убедительное подтверждение. В декабре 1936 г. появилась важная для объяснения природы изомерии атомных ядер теоретическая работа Вейцзеккера. В ней указывалось, почему изомерные ядра при одинаковых зарядах и массовых числах могут находиться в разных энергетических состояниях — в основном и в возбужденном метастабильном.

Однако все это требовало экспериментальной проверки. В лаборатории Курчатова были поставлены опыты, с полной ясностью показавшие, что изомерия действительно обусловлена наличием метастабильных возбужденных состояний атомных ядер.

38

После этого исследования ядерных изомеров начали интенсивно развиваться во многих лабораториях разных стран. Исследование ядерных изомеров в значительной степени определило развитие представлений о структуре атомного ядра.

«Таким образом, Первые работы И. В. Курчатова по аномалии радиоактивных превращений брома привели к новому направлению в ядерной физике — исследованию ядерных изомеров. И. В. Курчатов внес большой вклад в создание этого направления». Принимая вначале непосредственное участие в работах по ядерной изомерии, Игорь Васильевич и впоследствии проявлял живой интерес к этой области ядерной физики, всемерно способствуя ее развитию.

8. Нужна новая мощная техника



Одновременно с изучением открытой им изомерии Курчатов ведет другие опыты с нейтронами. Вместе с Г. Я. Щепкиным, М. А. Еремеевым и А. П. Вибе он расширяет границы эффекта Ферми. Вскоре их работой увлекается И. И. Гуревич в Радиевом институте, затем присоединяются Г. Д. Латышев и Л. М. Неменов. В систематизации полученных результатов принимает участие И. П. Селинов. Все радиохимические задачи, часто очень трудные и важные, с успехом решает брат Борис.

Коллектив физиков, собравшийся вокруг Курчатова, все успешнее справляется с решением сложнейших задач, возникающих в опытах с нейтронами. Но техника эксперимента еще очень примитивна, как и во всех европейских лабораториях. Всю аппаратуру физики делают сами, своими руками. Виртуозно экспериментирует Г. Я. Щепкин, загадки опытов с любовью распутывает Л. И. Русинов. Появляется студент Г. Н. Флёров, увлеченный романтикой слов «нейтроны», «счетчики», ...но еще ничего не умеющий делать. Главным «мысли-

39

телем» и неутомимым тружеником, делающим все с веселым задором, остается по-прежнему Курчатов. О темпе его работы в 1934-1935 гг. свидетельствуют двадцать четыре оригинальные статьи, напечатанные в разных журналах.

И. В. Курчатов вместе с Л. А. Арцимовичем проводят серию исследований поглощения медленных нейтронов и добиваются фундаментальных результатов, им удается наблюдать захват нейтрона протоном с образованием ядра тяжелого водорода — дейтона и надежно измерить сечение этой реакции.

Со времени последнего Международного сольвеевского конгресса, проходившего в 1933 г., теоретики одержимы решением задачи о внутриядерных силах, которые, действуя между нейтронами и протонами должны обеспечить замечательную прочность атомных ядер. На конгрессе знаменитый Гейзенберг, один из создателей квантовой механики, дал теоретическую формулировку этой задачи, взволновавшую итальянца Майорана, венгра Вигнера, известного советского теоретика И Е. Тамма и других. Они проводят исследования за исследованиями, пытаясь объяснить эту основу мироздания—ядерные силы. Но экспериментальных данных для обоснования их теорий еще очень мало. Курчатов вместе с Таммом анализируют результаты своих опытов по захвату нейтронов протонами, на основе их делают выводы о силах, действующих между нейтроном и протоном и между двумя нейтронами, и рисуют форму потенциальных «ям», в которые должны «сваливаться» частицы, приближаясь друг к другу.

Наблюдая особенности поглощения нейтронов в веществах, Курчатов замечает, что этот процесс сильно зависит от энергии нейтронов, причем зависит по-разному для разных элементов. Отсюда он делает очень важный вывод: при некоторых энергиях нейтронов происходит чрезвычайно сильное поглощение их ядрами

40

веществ, часто в сотни и тысячи раз более сильное, чем при слегка отличных энергиях, то есть существует некий резонансный эффект. Но энергию медленных нейтронов еще никто не научился измерять прямым путем, так как у нейтронов нет заряда. Энергию протонов измеряют легко и надежно. Энергию же нейтронов удается определить только ориентировочно, окольным путем, призывая на помощь изобретательность и всегда получая только приближенный ответ. Методикой определения энергии нейтронов при помощи фильтров из кадмия и бора и слоев парафина Курчатов с сотрудниками овладели в совершенстве. Объяснения опытов убедительны, но детали взаимодействия нейтронов с ядрами остаются непознанными. Курчатов понимает, что имеющимися средствами деталей строения ядра не изучить, и тотчас же задумывает создать селектор нейтронов, который будет сортировать их по энергиям и предоставит таким образом новые возможности экспериментаторам. В 1937 г. он поручает своему аспиранту Ю. А. Немилову разработать механический селектор. Затвор в нем должен осуществляться двумя кадмиевыми дисками с отверстиями, соосно вращающимися навстречу друг другу. Совпадение отверстий в дисках на короткое мгновение будет открывать путь нейтронам. Их источником будет препарат эманации радия с бериллием.

Когда селектор заработал, появилось сообщение, что Альварец в Соединенных Штатах Америки для этих же целей применил циклотрон с мигающим пучком и добился лучшего разрешения нейтронов по энергиям и гораздо большей интенсивности потока нейтронов. Курчатову и его сотрудникам есть над чем призадуматься. Интенсивность потока нейтронов от циклотрона в тысячу раз превышает интенсивность потока от лучших препаратов эманации радия или радия с бериллием. Во всей Европе еще нет ни одного циклотрона, только у Лоуренса в Калифорнии циклотрон работает уже несколько лет.

41

Правда, еще в 1933 г. Курчатов и Алиханов подняли вопрос о необходимости сооружения в Физтехе большого циклотрона. Тогда же по поручению Курчатова М. А. Еремеев построил небольшой циклотрон, который давил слабый пучок протонов с энергией около 530 кэв. Но в Радиевом институте уже давно сооружали циклотрон с диаметром полюсов в один метр. Только он что-то никак не вступит в строй... Между тем исследовать изомерию становится все труднее: мала интенсивность потока нейтронов. Над каждой ампулой с эманацией радия приходится дрожать. Разобьешь ее — потеряешь неделю, пока вновь не накопится радон. Чтобы замерить радиоактивность, наводимую нейтронами в исследуемой мишени, приходится стремглав бежать с мишенью по коридору от нейтронного источника к счетчику. Курчатов сам весело бегает и в быстроте еще никому не уступает. Но так можно лишь начинать исследования. Теперь, чтобы надежно расшифровать схему уровней изомерных ядер, необходимы активности в сто, в тысячу раз большие; при этом тренировка ног уже не поможет.

Курчатов направляется в Радиевый институт: ему необходимо понять, почему не работает циклотрон. Ведь он так нужен! У Лоуренса в Соединенных Штатах циклотрон работает. Значит, после устранения каких-то дефектов циклотрон будет и у нас!

Со свойственным ему одному умением подчинять себе людей, не задевая их самолюбия, Курчатов пришел в циклотронную лабораторию Радиевого института и вскоре стал там своим человеком. Д. Г. Алхазов, К. А. Бриземейстер и В. Н. Рукавишников немало отдали сил циклотрону, а нейтронов все нет и нет. Не ладится вакуум, непонятно ведет себя высокочастотный генератор.

После лекций в Педагогическом институте и работы в своей лаборатории Курчатов приходит теперь на циклотрон. Он еще только идет по коридору, а сотрудники

42

лаборатории уже слышат, как он весело и энергично напевает:


— Куда ни поеду, куда ни пойду,

А к милой зайду на минутку...


И ночи напролет вместе со своим аспирантом М. Г. Мещеряковым разбирает, чистит и вновь собирает узлы циклотрона.

Из армии в Физико-технический институт вернулся В. П. Джелепов. Курчатов берет его с собой на циклотрон. С приходом Курчатова в лаборатории как-то повеселело. Поставлены ясные задачи. Четко сформулированы вопросы, на которые надо дать совершенно точные ответы — иначе он не отступит.

— Не получается вакуум? Почему? Не знаете? Кто-нибудь знает? Зовите специалиста с любого завода, из любого учреждения.

Специалист приходил, объяснял, но видно, что сам он физики вакуума не понимает.

— Поднимайте литературу! — Курчатов заставляет читать, читает и думает сам. Прошла неделя, другая — появляется нужный вакуум.

В лаборатории уже закрутился курчатовский вихрь. И днем, и ночью, в любой час он находит нужных специалистов, спрашивает, дает задания, проверяет...

Трудились упорно, напряженно. Сотрудники Радиевого института вымотались вконец и сделали Курчатову коллективное представление: так они больше работать не могут, они одичали, забыли нормальный отдых и культурные развлечения. Курчатов не отступал... Затем пришел успех. Первый в Европе циклотрон заработал. Опыты по изомерии и другие исследования ядра получили необходимую для них техническую базу.

Курчатов понял: пора кончать с кустарщиной. Не то уже время, чтобы все делать своими руками. Радиотехника мощно развивается. Недалеко от института на-

43

ходится радиоламповый завод «Светлана» с центральной вакуумной лабораторией. Физики подолгу совещаются, можно ли построить простой магнит, потратив на него несколько сот килограммов медной проволоки, в то время Как рядом в Ленинграде судостроители, не задумываясь, обшивают форштевни кораблей медными листами, расходуя сотни тонн меди.

Курчатов, как всегда не откладывая надолго дела, отправляется на Каменный остров в Институт радиоприема и акустики договориться об изготовлении очень нужного пропорционального усилителя с коэффициентом усиления в один миллион. К радости физиков инженеры берутся быстро сделать такой усилитель.

Циклотрон Радиевого института работает. Но интенсивность и энергия частиц еще недостаточны для проведения многих важных опытов. Заручившись поддержкой А. Ф. Иоффе, Курчатов вместе с Алихановым решают строить новый большой циклотрон, используя знания циклотронной техники и теории, приобретенные при пуске циклотрона в Радиевом институте. Курчатов энергично борется за дело. Циклотрон наконец даст в изобилии нейтроны, его можно будет использовать в режиме селектора нейтронов! Циклотрон должен стоять здесь, в Физико-техническом институте, близко к ядерным лабораториям! На нем будут работать многие, он будет дорого стоить. Надо создать коллектив циклотронщиков. Курчатов и Алиханов возглавляют его проектирование и постройку. С ними работают Л. М. Неменов, В. П. Джелепов, Я. Л. Хургин, строительство ведет А. Ф. Жигулев. Электротехнической частью проекта руководит профессор электротехники Политехнического института Д. В. Ефремов, бывший в то время одновременно начальником лаборатории крупнейшего электромашиностроительного завода страны «Электросила». Д. В. Ефремова увлекает бурная деятельность Курчатова, и с этого времени он становится его неизменным по-

44

мощником. Занимая последовательно посты начальника конструкторского бюро завода «Электросила», заместителя министра, а затем и министра электропромышленности СССР, заместителя председателя Государственного комитета по использованию атомной энергии СССР, Ефремов внес неоценимый вклад в сооружение всех ускорителей, строившихся в Советском Союзе, а позже и в исследования по управляемым термоядерным реакциям, проводившиеся под руководством Курчатова.

В короткий срок разработан проект циклотрона. Курчатов сам поехал в Москву, чтобы в Госплане и наркоматах получить все важнейшие распоряжения, необходимые для его постройки. Физики особенно восхищались тем, с какой быстротой Курчатов получил десятки тонн меди для обмотки магнита циклотрона. В Физико-техническом институте никогда не расходовали столько меди, и многие беспокоились, что получение ее будет сопряжено с большими трудностями.

Началось строительство здания, затем успешно пошел монтаж электрооборудования. Но закончить сооружение циклотрона не удалось. Разразилась война. Фронт подошел к городу, все невоенные работы были прекращены. Началась блокада Ленинграда, страшный голод первой военной зимы.

Циклотрон был закончен после войны, но только в 1949—1950 гг. ученики Курчатова Д. Г. Алхазов, М. И. Певзнер и М. К. Романовский провели по его заданию цикл измерений сечений деления урана и плутония на циклотроне, работавшем в давно задуманном режиме селектора нейтронов.